混凝土箱梁早期裂缝的成因及预防措施
摘要：本文浅谈了混凝土箱梁在承受荷载前，可能产生早期裂缝的原因分析及预防措施，供业内人士参考
关键词：早期裂缝温差变化水化热优化配合比工艺控制
Abstract: this article briefly discusses concrete box girder bear loads in front, possible early cracks cause analysis and prevention measures for industry insiders reference
Keywords: early cracks temperature changing proportion of the hydration heat optimization process control
一、箱梁混凝土裂缝的可能成因
（一）混凝土材料质量差引起的裂缝
混凝土主要有水泥、砂、骨料、水及外加剂等组成，混凝土配料质量不合格，可能导致箱梁早期裂缝的产生。
1、水泥安定性不合格：水泥中游离的氧化钙、氧化镁超标。水泥水化很慢，在混凝土凝结后仍然继续起水化作用，水化物体积增大，直接造成混凝土“胀裂”。
2、水泥细度不合格：水泥颗粒太细，颗粒越细，表面积越大，水化反应越快越充分，同时混凝土收缩也就越大，若使用受潮水泥可能会造成混凝土强度不足而产生裂缝。
3、骨料不合格：骨料粒径太小、级配不良、空隙率大，会导致水泥和拌和用水量加大，降低了混凝土强度，加大混凝土的收缩性，造成内部应力集中，可能导致混凝土早期裂缝。砂岩、板岩、角闪岩质骨料吸水率较大，收缩性较高，容易出现早期裂缝。砂石中的杂质含量超标，会降低混凝土强度，特别是砂石中硫化物含量过大，也会引起混凝土“胀裂”。
（二）混凝土收缩引起裂缝
混凝土的收缩引起收缩裂缝。混凝土的逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力，如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。
塑性收缩，在浇筑后4～5小时左右，水泥水化反应强烈、混凝土温度较高，泌水蒸发快，表面蒸发的水分不能及时得到补充，失水收缩，同时骨料因自重下沉，这时混凝土尚未硬化，处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不规则的裂缝。
2、自身收缩，是由于水的迁移而引起的，水泥水化时消耗水分造成凝胶液面下降，形成弯月面，产生自干燥作用，混凝土体的相对湿度降低，体积收缩减小。
3、缩水收缩（干缩），混凝土硬化后，表层水分蒸发，表层湿度下降，混凝土体积减小。因表层收缩大，内部收缩小，收缩不均匀，表面收缩变形受到内部的约束，导致表面混凝土承受拉应力，当超过其抗拉强度时，便会产生收缩裂缝。
（三）温差变化引起裂缝 1、混凝土内部和外部的温差过大容易产生温度裂缝。混凝土存在热胀冷缩，一旦受力约束，结构内就会产生应力，当应力达到甚至超过当时混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝。
2、箱梁混凝土升温阶段，混凝土内部温度将显著升高，内部水化热散发慢，而混凝土表面土则散热较快，在其表面形成较大的温度梯度，从而引起较大的表面拉应力。此时混凝土抗拉强度很低，表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。
3、在混凝土浇筑初期，由于水化热的散发，表面引起较大的拉应力，此时表面温度较气温高，若此时拆除箱梁模板，表面温度骤降，必然引起温度梯度，在表面附加一拉应力，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的拉应力达到很大的数值，就有导致早期裂缝的危险。
4、日照和骤然降温是导致温度裂缝的最常见原因，箱梁混凝土早期因向阳面受到日光照射时，外热内冷，混凝土表面膨胀受到来自内部的约束，在其表面产生拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会产生表面裂缝。骤然降温，突降大雨、冷空气可导致箱梁表面温度突然下降，但由于内部温度下降较慢而产生温度梯度，产生早期裂缝。
（四）施工工艺不合理、施工质量差引起的裂缝
施工工艺不合理和施工质量不过关，混凝土也容易产生早期裂缝，常见的情况有：
1、配合比不合理或计量不准确造成混凝土水灰比过大、和易性差、强度不足，水灰比越大大，混凝土收缩越大，混凝土容易产生早期裂缝。
2、混凝土搅拌、运输时间过长，水分消耗大，坍落度过小，浇筑后，混凝
土表面早期容易出现不规则的收缩裂缝。
3、泵送混凝土，为保证流动性，增加水和水泥用量或加大水灰比，造成混凝土凝固时的收缩量加大，混凝土表面出现不规则裂缝。
4、施工前支架预压不足或支架刚度不足，混凝土浇注后产生不均匀沉降，造成混凝土出现早期结构贯穿裂缝。
5、混凝土浇注节奏太快，流动性较低，在硬化前混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易产生塑性收缩裂缝。
6、大气干燥、温度高、风速大，混凝土表面初期保湿养护不到位，水分快速蒸发，混凝土快速收缩，使得箱梁混凝土与大气接触的表面容易出现不规则的早期收缩裂缝。
二、混凝土箱梁早期裂缝的预防措施
（一）设计措施
1、优化混凝土配合比设计，在保证混凝土具有良好工作性的前提，尽可能的降低混凝土的单位用水量，控制混凝土的水胶比，水胶比控制在0.35以内为好，减少混凝土的坍落度，坍落度控制主要参考施工工艺需要。用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）二高（高矿粉和高粉煤灰掺量）”的设计准则，配制出“高强、高韧性、低热和高极限抗拉值”的抗裂混凝土。
2、在箱梁翼板边缘、内外倒角、角隅、预留孔洞处增设加强构造筋，配筋应采用小直径、小间距，提高以上部位砼抗裂性能，避免结构突变产生应力集中。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施，在易裂的薄弱部位，提高该部位的配筋率，能够很好地提高混凝土的极限拉伸性能，减少出现早期裂缝的风险。
3、针对箱梁在早期产生裂缝的规律，结构预应力可采用早期张拉和终张拉两次施加。在混凝土达到40%-55%设计强度、水化热最多、最易产生裂缝之时，利用梁体底腹板通常布置的预应力筋，对梁体实施早期张拉，用预应力压制混凝土的热膨胀，控制箱梁的收缩和裂缝的产生，预应力早期张拉是在混凝土养生早期施加一定的预应力，对消除混凝土温差裂缝很有帮助。
（二）施工措施
1、严格检验水泥的安定性、强度等，严格控制粗、细集料的材质、杂质含量、抗压强度和抗风化能力，避免水泥与碱骨料等化学反应产生出现早期裂缝。
2、优先选用中、低水化热、、收缩性小或具有微膨胀性的水泥。这种水泥在水化膨胀期（1d～5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵
消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。优先采用525R、425R普通水泥等高标号水泥，减少水泥用量；在满足设计和混凝土可泵性的前提下，将425R水泥用量控制在45Okg／m3，525R水泥用量控制在36Okg／m3以内，以降低混凝土自身产生的拉应力。
3、选择线膨胀系数小、弹模较低、表面无风化、级配良好、含泥量尽量少的骨料，含泥量控制在1％以内，不得混合有机质等杂物。选择细集料时，砂料的细度要适合，含泥量控制在1％以内。适当放宽矿粉含量，粉煤灰可提高混凝土的耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，减少混凝土的泌水等，这些均有利于提高混凝土的抗裂性能。
对于高标号(C50以上)混凝土，要保证混凝土工程质量，防止开裂，宜使用高效减水剂，也可根据需要掺加引气剂，复合使用对减少混凝土单位用水量和胶凝材料用量，具有减水、缓凝、提高和易性、改善塑性，提高砼早期抗裂的性能。
采用有效施工措施，控制混凝土初始温度，降低混凝土的核心温度，减小混凝土内外部温差。
（1）可以通过掺用高效减水剂减少用水量，掺用粉煤灰和矿物掺和料，降低混凝土内的水化热温度。可以通过骨料水冷或风冷降温、加冰和加冷却水拌和、水泥遮盖通风降温等措施，降低混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。
（2）夏季施工箱梁时，混凝土浇筑时间尽量安排在夜间，气温下降稳定后，最大限度降低混凝土的入模和初凝温度，控制入模温度一般不要超过28摄氏度。
6、重视钢筋的型号、尺寸、间距、连接和定位，在保证主筋位置的同时，绝不能忽视构造筋的位置，提高钢筋安装准确度，增强钢筋和混凝土的共同受力状况；同时作好混凝土垫块的安装，保证钢筋保护层厚度。
7、加强施工工艺质量控制
（1）施工配合比一旦经试验确定后，不得随意改变，对输送距离过长，流动性确实较低，易造成堵管的情况下，可加入适当的减水剂或通过掺加同水灰比水泥浆，来高混凝土和易性，而不能采取增大单位用水量和水泥量来提高其流动性。
（2）对支撑系统进行仔细验算，保证模板的稳定性，避免不均匀沉降。
（3）制定科学、合理、可行的浇筑方案，做好浇筑顺序、浇筑节奏、振捣质量的控制，降低混凝土的塑性收缩裂缝的可能性。
（4）改进施工技术，使用桁架式提浆整平机，加快箱梁顶板初凝前的整平、抹面、压面，人工配合二次压面保证密实，可以消除早期裂缝，并可提高混凝土的抗拉强度。
（5）加强混凝土早期养护，表面混凝土进入初凝后，不得进行扰动，洒水养护洒水量以混凝土表面形成一层薄水膜为宜，必要时，采取覆盖洒水养护。混凝土的早期养护，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的影响，防止有害的冷缩和干缩；一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力，早期养护阶段是消除表面干缩、温缩裂缝的关键时期。
（6）控制好混凝土箱梁拆模时机，内模拆除时，混凝土同条件试块强度一般不低于25MPa，外模拆除时，一般不低于30MPa。
三、结束语
箱梁早期裂缝对混凝土耐久性影响很大，早期裂缝的成因是多方面的,有效控制混凝土早期裂缝需要设计、施工、监理等各方在过程控制同努力，严格按照国家有关规范、技术标准进行设计、施工，混凝土箱梁早期裂缝是完全可以避免的。